JP2018527571A - 自動車用の超ロバスト2軸回転速度センサ - Google Patents
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Abstract
Description
従来技術に対する本発明の回転速度センサの利点は、従来技術に対して比較的小さい基板面積上に、直線加速度及び回転加速度に対してロバストである回転速度センサを実現することができることである。なおかつ、回転速度を検出するためのマイクロメカニカル構造体に必要とされる基板面積は、従来技術に対して比較的僅かのみとなる。
・第1、第2、第3及び第4の構造体と駆動装置とを結合するため、及び/又は、第3の構造体と第5の構造体とを結合するため、及び/又は、第4の構造体と第6の構造体とを結合するための、少なくとも1つの第1の結合手段、又は、
・第3、第4、第7及び第8の構造体と駆動装置とを結合し、かつ、第1の構造体と第7の構造体とを結合し、かつ、第2の構造体と第8の構造体とを結合するため、及び/又は、第3の構造体と第5の構造体とを結合するため、及び/又は、第4の構造体と第6の構造体とを結合するための、少なくとも1つの第1の結合手段
を備えており、第1の結合手段は、第1の軸に対して実質的に平行な方向と、第2の軸に対して実質的に平行な方向とに弾性変形可能であり、第3の軸に対して実質的に平行な方向には実質的に形状安定的である。例えば、互いに直接結合されたコリオリ質量体が相互に妨害しないようにするため、駆動方向の力、即ち、Y軸に対して平行に作用する力が、1つのコリオリ質量体から他の1つのコリオリ質量体へ良好に伝達され、なおかつ、結合されたコリオリ質量体の検出方向の力、即ち、X軸及びZ軸に対して平行に作用する力が、1つのコリオリ質量体から他の1つのコリオリ質量体へ伝達されるのが可能な限り小さくなるようにすべく、第1の結合手段は、Xチャネル及びZチャネルのコリオリ質量体間に設けられている。このことによって、共同駆動による2つのセンサコアの組合せを備えた1つの回転速度センサを、簡単、機械的に頑強かつ低コストで実現することができる。特に、本実施形態によって、外側の構造体、即ち、第1の結合手段を介して駆動装置と直接相互作用する構造体から、内側の構造体、即ち、第1の結合手段を介して駆動装置と直接相互作用しない構造体へ、駆動運動を伝達することが可能になり、これにより、外側の構造体と内側の構造体とが、機械的に連結された振動を行うように励振されることが可能になる。
異なる図において同一の構成要素には、常に同一の符号を付している。従って、同一の構成要素については、通常、1回のみ言及乃至説明する。
・第1の回転速度センサ構造体2の、基板3に対して可動である第1の構造体5と、基板3及び第1の構造体5に対して可動である第2の構造体9と、基板3並びに第1及び第2の構造体5,9に対して可動である第5の構造体7と、基板3並びに第1、第2及び第5の構造体5,9,7に対して可動である第6の構造体11とを、それぞれ変位させるため、かつ、
・第2の回転速度センサ構造体4の、基板3に対して可動である第3の構造体13と、基板3及び第3の構造体13に対して可動である第4の構造体15とを、それぞれ変位させるための
駆動装置17を備えている。
・図1に示されているように、第1、第2、第3及び第4の構造体5,9,13,15と駆動装置17とを結合し、かつ、第3の構造体13と第5の構造体7とを結合し、かつ、第4の構造体4と第6の構造体11とを結合するように、又は、
・図3に示されているように、第3、第4、第7及び第8の構造体13,15,51,53と駆動装置17とを結合し、かつ、第1の構造体5と第7の構造体51とを結合し、かつ、第2の構造体9と第8の構造体53とを結合し、かつ、第3の構造体13と第5の構造体7とを結合し、かつ、第4の構造体15と第6の構造体11とを結合するように
設けられている。ここで、第1の結合手段101は、第1の軸Xに対して実質的に平行な方向と、第2の軸Zに対して実質的に平行な方向とに弾性変形可能乃至柔軟であり、第3の軸Yに対して実質的に平行な方向には実質的に形状安定的乃至硬質である。
Claims (10)
- 回転速度センサ(1)であって、
主延在平面(100)を有する基板(3)と、
前記主延在平面(100)に対して平行な第1の軸(X)に対して実質的に平行である軸まわりの前記回転速度センサ(1)の第1の回転速度を検出するための少なくとも1つの第1の回転速度センサ構造体(2)と、
前記主延在平面(100)に対して垂直な第2の軸(Z)に対して実質的に平行である軸まわりの前記回転速度センサ(1)の第2の回転速度を検出するための少なくとも1つの第2の回転速度センサ構造体(4)と、
を備えている回転速度センサ(1)において、
前記回転速度センサ(1)は、
前記第1の回転速度センサ構造体(2)の、前記基板(3)に対して可動である少なくとも1つの第1の構造体(5)と、当該第1の回転速度センサ構造体(2)の、前記基板(3)及び当該第1の構造体(5)に対して可動である少なくとも1つの第2の構造体(9)とを、それぞれ変位させるための、かつ、
前記第2の回転速度センサ構造体(4)の、前記基板(3)に対して可動である少なくとも1つの第3の構造体(13)と、当該第2の回転速度センサ構造体(4)の、前記基板(3)及び当該第3の構造体(13)に対して可動である第4の構造体(15)とを、それぞれ変位させるための
駆動装置(17)を備えていることにより、前記第1の構造体(5)と前記第2の構造体(9)と前記第3の構造体(13)と前記第4の構造体(15)とが、機械的に連結された振動を行うように励振可能となっており、
前記第1の構造体(5)と前記第4の構造体(15)とが、前記第1の軸(X)に対して垂直かつ前記第2の軸(Z)に対して垂直な第3の軸(Y)に対して実質的に平行である運動成分をそれぞれ有する、互いに同相の実質的な直線振動と、前記第2の構造体(9)及び前記第3の構造体(13)に対して逆相の実質的な直線振動とを行うように励振可能であり、
前記回転速度センサ(1)は、前記第1の回転速度に起因して前記第1の構造体(5)にかかる第1の力作用と、前記第2の構造体(9)にかかる、当該第1の力作用に対して実質的に逆相の第2の力作用とを検出することができるように、かつ、前記第2の回転速度に起因して前記第3の構造体(13)にかかる第3の力作用と、前記第4の構造体(15)にかかる、当該第3の力作用に対して実質的に逆相の第4の力作用とを検出することができるように、構成されている
ことを特徴とする回転速度センサ(1)。 - 前記第1の回転速度センサ構造体(2)は、前記基板(3)と前記第1及び第2の構造体(5,9)とに対して可動である少なくとも1つの第5の構造体(7)、並びに、前記基板(3)と前記第1,第2及び第5の構造体(5,9,7)とに対して可動である少なくとも1つの第6の構造体(11)を備えており、前記第5の構造体(7)と前記第6の構造体(11)とは、機械的に連結された振動を行うように励振可能であり、
前記第5の構造体(7)は、前記第3の軸(Y)に対して実質的に平行な運動成分を有する、前記第2及び第3の構造体(9,13)に対して同相である実質的な直線振動と、前記第1、第4及び第6の構造体(5,15,11)に対して逆相である実質的な直線振動とを行うように励振可能であり、
前記回転速度センサ(1)は、前記第1の回転速度に起因して前記第5の構造体(7)にかかる第5の力作用と、前記第6の構造体(11)にかかる、当該第5の力作用に対して実質的に逆相の第6の力作用とを検出することができるように、構成されている、
請求項1に記載の回転速度センサ(1)。 - 前記第2の回転速度センサ構造体(4)は、前記基板(3)と前記第3及び第4の構造体(13,15)とに対して可動である少なくとも1つの第7の構造体(51)、並びに、前記基板(3)と前記第3、第4及び第7の構造体(13,15,51)とに対して可動である少なくとも1つの第8の構造体(53)を備えており、前記第7の構造体(51)と前記第8の構造体(53)とは、機械的に連結された振動を行うように励振可能であり、
前記第7の構造体(51)は、第3の軸(Y)に対して実質的に平行な運動成分を有する、前記第1及び第4及び/又は第6の構造体(5,15,11)に対して同相である実質的な直線振動と、前記第2、第3及び第8及び/又は第5の構造体(9,13,53,7)に対して逆相である実質的な直線振動とを行うように励振可能であり、
前記回転速度センサ(1)は、第2の回転速度に起因して前記第7の構造体(51)にかかる第7の力作用と、前記第8の構造体(53)にかかる、当該第7の力作用に対して実質的に逆相の第8の力作用とを検出することができるように、構成されている、
請求項1又は2に記載の回転速度センサ(1)。 - 前記駆動装置(17)は、少なくとも1つの第1の駆動ユニット(21)と、当該第1の駆動ユニット(21)に結合された少なくとも1つの第2の駆動ユニット(31)と、当該第1及び第2の駆動ユニット(21,31)から空間的に分離された少なくとも1つの第3の駆動ユニット(27)と、当該第3の駆動ユニット(21,31,27)に結合された少なくとも1つの第4の駆動ユニット(37)とを備えており、
前記第1の駆動ユニット(21)と、前記第2の駆動ユニット(31)と、前記第3の駆動ユニット(27)と、前記第4の駆動ユニット(37)とは、実質的に同一構成である、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の回転速度センサ(1)。 - 前記第3の構造体(13)は、前記第3の力作用を検出するための第1の部分構造体(213)を備えており、かつ、前記第4の構造体(15)は、前記第4の力作用を検出するための第2の部分構造体(215)を備えており、
前記第1の部分構造体(213)と前記第2の部分構造体(215)とは、実質的に同一構成である、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の回転速度センサ(1)。 - 前記第7の構造体(51)は、前記第7の力作用を検出するための第3の部分構造体(251)を備えており、かつ、前記第8の構造体(53)は、前記第8の力作用を検出するための第4の部分構造体(253)を備えており、
前記第3の部分構造体(251)と前記第4の部分構造体(253)とは、実質的に同一構成である、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の回転速度センサ(1)。 - 前記回転速度センサ(1)は、
前記第1、第2、第3及び第4の構造体(5,9,13,15)と前記駆動装置(17)とを結合するため、及び/又は、前記第3の構造体(13)と前記第5の構造体(7)とを結合するため、及び/又は、前記第4の構造体(4)と前記第6の構造体(11)とを結合するための、少なくとも1つの第1の結合手段(101)、又は、
前記第3、第4、第7及び第8の構造体(13,15,51,53)と前記駆動装置(17)とを結合し、かつ、前記第1の構造体(5)と前記第7の構造体(51)とを結合し、かつ、前記第2の構造体(9)と前記第8の構造体(53)とを結合するため、及び/又は、前記第3の構造体(13)と前記第5の構造体(7)とを結合するため、及び/又は、前記第4の構造体(15)と前記第6の構造体(11)とを結合するための、少なくとも1つの第1の結合手段(101)
を備えており、
前記第1の結合手段(101)は、前記第1の軸(X)に対して実質的に平行な方向と、前記第2の軸(Z)に対して実質的に平行な方向とに弾性変形可能であり、前記第3の軸(Y)に対して実質的に平行な方向には実質的に形状安定的である、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回転速度センサ(1)。 - 前記回転速度センサ(1)は、前記第1の部分構造体(213)と前記第2の部分構造体(215)とを結合するため、及び/又は、前記第3の部分構造体(251)と前記第4の部分構造体(253)とを結合するための、少なくとも1つの第2の結合手段(102)を備えており、
前記第2の結合手段(102)は、前記第1の部分構造体(213)と前記第2の部分構造体(215)とが互いに実質的に逆相にのみ変位することができ、及び/又は、前記第3の部分構造体(251)と前記第4の部分構造体(253)とが互いに実質的に逆相にのみ変位することができるように、構成されている、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の回転速度センサ(1)。 - 前記回転速度センサ(1)は、前記第1の構造体(5)と前記第2の構造体(9)と前記第5の構造体(7)と前記第6の構造体(11)とを結合するための少なくとも1つの第3の結合手段(103)を備えており、
前記第3の結合手段(103)は、前記第3の軸(Y)に対して実質的に平行な軸まわりに第1の結合手段構造体(1103)と第2の結合手段構造体(2103)とが実質的に逆方向に旋回することができるように、当該第1の結合手段構造体(1103)と当該第2の結合手段構造体(2103)とを備えている、
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の回転速度センサ(1)。 - 前記回転速度センサ(1)は、前記第1の構造体(5)と前記第5の構造体(7)とを結合し、かつ、前記第2の構造体(9)と前記第6の構造体(11)とを結合するための、少なくとも1つの第4の結合手段(104)を備えており、
前記第4の結合手段(104)は、前記第1の軸(X)に対して実質的に平行な軸まわりに旋回することができるように構成されており、
前記第4の結合手段(104)の質量中心は、機械的に連結された振動時には、前記基板(3)に対して実質的に固定されている、
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の回転速度センサ(1)。
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